大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)光的等厚干涉現(xiàn)象與應(yīng)用

關(guān)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)光的等厚干涉現(xiàn)象與應(yīng)用第1頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三實(shí)驗(yàn)原理

一.等厚干涉

當(dāng)光源照到一塊由透明介質(zhì)做的薄膜上時(shí)，光在薄膜的上表面被分割成反射和折射兩束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又經(jīng)上表面折射，最后回到原來的媒質(zhì)中，在這里與反射光交迭，發(fā)生相干。只要光源發(fā)出的光束足夠?qū)?，相干光束的交迭區(qū)可以從薄膜表面一直延伸到無窮遠(yuǎn)。薄膜厚度相同處產(chǎn)生同一級(jí)的干涉條紋，厚度不同處產(chǎn)生不同級(jí)的干涉條紋。這種干涉稱為等厚干涉。

SABCDn1n2n1ei121'2'第2頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三二.用牛頓環(huán)測(cè)透鏡的曲率半徑牛頓環(huán)儀是由一個(gè)曲率半徑很大的平凸透鏡的凸面與一個(gè)平面玻璃接觸在一起構(gòu)成，平凸透鏡的凸面與玻璃片之間的空氣層厚度從中心接觸點(diǎn)到邊緣逐漸增加。ORdm

牛頓環(huán)儀rm第3頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三

當(dāng)用平行單色光垂直照射到牛頓環(huán)儀上時(shí)，一部分光線在空氣層的下表面反射，一部分光線在空氣層的上表面反射，這兩部分光有光程差，它們?cè)谄酵雇哥R的凸面附近相遇而發(fā)生干涉。當(dāng)我們用顯微鏡來觀察時(shí)，便可清楚地看到中心是一暗圓斑，而周圍是許多明暗相間、間隔逐漸減小的同心環(huán)，稱為牛頓環(huán)。它屬于等厚干涉條紋。第4頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三m級(jí)干涉圓環(huán)對(duì)應(yīng)的兩束相干光的光程差為：由干涉條件可知：

{

第5頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三R為透鏡的曲率半徑，rm為第m級(jí)干涉環(huán)的半徑，由幾何關(guān)系可得：所以，由于，可忽略，因此得到：（此式說明：與成正比，即離開中心愈遠(yuǎn)，光程差增加愈快，因此，干涉環(huán)愈密。）整理后得：上式若已知，測(cè)出第m級(jí)暗條紋的半徑rm，便可算出透鏡的曲率半徑R。

第6頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三在實(shí)驗(yàn)中不能直接用公式，原因有二：①實(shí)際觀察牛頓環(huán)時(shí)發(fā)現(xiàn)，牛頓環(huán)的中心不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)不甚清晰的暗或亮的圓斑。其原因是透鏡與平板玻璃接觸時(shí)，由于接觸壓力引起形變，使接觸處為一圓面，而圓面的中心很難定準(zhǔn)，因此rk不易測(cè)準(zhǔn)；②鏡面上可能有灰塵等存在而引起一個(gè)附加厚度，從而形成附加的光程差，這樣，絕對(duì)級(jí)數(shù)也不易定準(zhǔn)。第7頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三

為了克服這些困難，對(duì)進(jìn)行處理，首先取暗環(huán)直徑Dm來替代半徑rm，

,則可寫成：

或再采用逐差法，以消除附加光程差帶來的誤差，若m與n級(jí)暗環(huán)直徑分別Dm與Dn，則：兩式相減得：上式只出現(xiàn)相對(duì)級(jí)數(shù)（m-n），無需知道待測(cè)暗環(huán)的絕對(duì)級(jí)數(shù)，而且由于分子是，通過幾何分析可知，即使牛頓環(huán)中心無法定準(zhǔn)，也不會(huì)影響R的準(zhǔn)確度。

第8頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用牛頓環(huán)測(cè)定透鏡的曲率半徑1.熟悉讀數(shù)顯微鏡的使用方法

目鏡調(diào)焦手輪測(cè)微鼓輪鎖緊手輪標(biāo)尺450可調(diào)式半反鏡第9頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三2.調(diào)整測(cè)量裝置。

1.調(diào)整牛頓環(huán)儀的三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲，在自然光照射下能觀察到牛頓環(huán)的干涉圖樣，并將干涉條紋的中心移到牛頓環(huán)儀的中心附近。調(diào)節(jié)螺絲不能太緊，以免中心暗斑太大，甚至損壞牛頓環(huán)儀。2.把牛頓環(huán)儀置于顯微鏡的正下方，使單色光源與讀數(shù)顯微鏡上45角的反射透明玻璃片等高。旋轉(zhuǎn)反射透明玻璃，直至從目鏡中能看到明亮均勻的光照。3.調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡，使十字叉絲清晰；自下而上調(diào)節(jié)物鏡直至觀察到清晰的干涉圖樣。移動(dòng)牛頓環(huán)儀，使中心暗斑（或亮斑）位于視域中心，調(diào)節(jié)目鏡系統(tǒng)，使叉絲橫絲與讀數(shù)顯微鏡的標(biāo)尺平行，消除視差。平移讀數(shù)顯微鏡，觀察待測(cè)的各環(huán)左右是否都在讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)范圍之內(nèi)。4.測(cè)量牛頓環(huán)的直徑。第10頁，共12頁，2023年，2月20日，星期三4.讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)方法主尺的分度值為1mm，測(cè)微鼓輪共有100個(gè)刻度，其份度值為0.01mm，可估讀到0